Kremniy: qoʻllanilishi, kimyoviy va fizik xususiyatlari

2024 Muallif: Angel Austin | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-17 05:45

Tabiatdagi eng keng tarqalgan elementlardan biri kremniy yoki kremniydir. Bunday keng tarqalish ushbu moddaning ahamiyati va ahamiyati haqida gapiradi. Bu kremniyni o'z maqsadlari uchun qanday qilib to'g'ri ishlatishni o'rgangan odamlar tomonidan tezda tushunilgan va qabul qilingan. Uning qoʻllanilishi maxsus xususiyatlarga asoslangan boʻlib, ular haqida keyinroq gaplashamiz.

Kremniy kimyoviy element

Agar berilgan elementni davriy tizimdagi oʻrni boʻyicha tavsiflasak, quyidagi muhim fikrlarni aniqlashimiz mumkin:

1. Tartib raqami - 14.
2. Davr uchinchi kichik.
3. Guruh - IV.
4. Kichik guruh - asosiy.
5. Tashqi elektron qavatning tuzilishi 3s²3p² formula bilan ifodalanadi.
6. Kremniy elementi Si kimyoviy belgisi bilan belgilanadi, u "silitsiy" deb talaffuz qilinadi.
7. Oksidlanish darajasi ko'rsatadi: -4; +2; +4.
8. Atomning valentligi IV.
9. Kremniyning atom massasi 28,086.
10. Tabiatda bu elementning massa raqamlari 28, 29 va 30 boʻlgan uchta barqaror izotoplari mavjud.

Demak, atomKimyoviy nuqtai nazardan, kremniy yaxshi o'rganilgan element bo'lib, uning turli xil xususiyatlari tasvirlangan.

Kashfiyot tarixi

Ko'rib chiqilayotgan elementning turli birikmalari tabiatda juda mashhur va massiv bo'lganligi sababli, qadim zamonlardan beri odamlar ulardan faqat ko'pchiligining xususiyatlarini bilishgan va bilishgan. Sof kremniy uzoq vaqt davomida kimyo bo'yicha inson bilimidan tashqarida qoldi.

Qadimgi madaniyatlar (Misrlar, Rimliklar, Xitoylar, Ruslar, Forslar va boshqalar) xalqlari tomonidan kundalik hayotda va sanoatda ishlatiladigan eng mashhur birikmalar kremniy oksidi asosidagi qimmatbaho va bezak toshlari edi. Bunga quyidagilar kiradi:

• opal;
• rhinestone;
• topaz;
• xrizopraz;
• oniks;
• kalsedon va boshqalar.

Qadim zamonlardan beri qurilishda kvarts va kvars qumidan foydalanish odat tusiga kirgan. Biroq, elementar kremniyning o'zi 19-asrga qadar ochilmagan bo'lib qoldi, garchi ko'plab olimlar uni katalizatorlar, yuqori haroratlar va hatto elektr toki yordamida turli birikmalardan ajratishga behuda harakat qilishgan. Bular yorqin aqllar:

• Karl Scheele;
• Gey-Lyusak;
• Tenar;
• Humphry Davy;
• Antuan Lavuazye.

Jens Jacobs Berzelius 1823 yilda sof kremniyni muvaffaqiyatli olishga muvaffaq bo'ldi. Buning uchun u kremniy ftorid va metall kaliy bug'larini birlashtirish bo'yicha tajriba o'tkazdi. Natijada, u ko'rib chiqilayotgan elementning amorf modifikatsiyasini oldi. Xuddi shu olim topilgan atomning lotincha nomini taklif qilgan.

Biroz vaqt o'tgach, 1855 yilda yana bir olim - Sent-Kler-Devil - boshqa allotropik xilma - kristalli kremniyni sintez qilishga muvaffaq bo'ldi. O'shandan beri ushbu element va uning xususiyatlari haqidagi bilimlar juda tez o'sishni boshladi. Odamlar o'zlarining ehtiyojlarini qondirish uchun juda oqilona foydalanish mumkin bo'lgan noyob xususiyatlarga ega ekanligini tushunishdi. Shu sababli, bugungi kunda elektronika va texnologiyada eng ko'p talab qilinadigan elementlardan biri kremniydir. Uning ishlatilishi har yili faqat chegaralarini kengaytiradi.

Atomning ruscha nomi 1831-yilda olim Gess tomonidan berilgan. Bu kungacha saqlanib qolgan narsa.

Tabiatda mavjud

Kremniy tabiatda kisloroddan keyin ikkinchi oʻrinda turadi. Yer qobig'i tarkibidagi boshqa atomlarga nisbatan uning ulushi 29,5% ni tashkil qiladi. Bundan tashqari, uglerod va kremniy ikkita maxsus element bo'lib, ular bir-biri bilan bog'lanib, zanjir hosil qilishi mumkin. Shuning uchun litosfera, gidrosfera va biomassada mavjud bo'lgan 400 dan ortiq turli xil tabiiy minerallar ma'lum.

Kremniy aynan qayerda topilgan?

1. Tuproqning chuqur qatlamlarida.
2. Toshlar, konlar va massivlarda.
3. Suv havzalarining, ayniqsa dengiz va okeanlarning tubida.
4. Hayvonot olamining oʻsimliklari va dengiz hayotida.
5. Odamlarda va quruqlikdagi hayvonlarda.

Ko'p miqdorda o'z ichiga olgan eng keng tarqalgan minerallar va jinslarning bir nechtasini belgilash mumkin.kremniy. Ularning kimyosi shundayki, ulardagi sof elementning massa miqdori 75% ga etadi. Biroq, o'ziga xos ko'rsatkich materialning turiga bog'liq. Shunday qilib, kremniyni o'z ichiga olgan jinslar va minerallar:

• dala shpatlari;
• slyuda;
• amfibollar;
• opals;
• kalsedon;
• silikatlar;
• qumtoshlar;
• alyuminosilikatlar;
• gil va boshqalar.

Dengiz hayvonlarining qobiqlari va tashqi skeletlarida toʻplanib, oxir-oqibatda kremniyning kuchli konlarini suv havzalari tubida hosil qiladi. Bu elementning tabiiy manbalaridan biri.

Bundan tashqari, kremniy o'zining sof tabiiy shaklida - kristallar shaklida bo'lishi mumkinligi aniqlandi. Ammo bunday depozitlar juda kam uchraydi.

Kremniyning fizik xossalari

Agar siz ko'rib chiqilayotgan elementni fizikaviy va kimyoviy xususiyatlar to'plami bilan tavsiflasangiz, unda birinchi navbatda, bu jismoniy parametrlarni ko'rsatishi kerak. Mana bir nechta asosiylari:

1. Ikki allotropik modifikatsiya shaklida mavjud - amorf va kristall, ular barcha xossalari bilan farqlanadi.
2. Kristal panjara olmosnikiga juda o'xshaydi, chunki uglerod va kremniy bu jihatdan deyarli bir xil. Biroq, atomlar orasidagi masofa har xil (kremniy ko'proq), shuning uchun olmos ancha qattiqroq va kuchliroqdir. Panjara turi - kub yuzi markazlashtirilgan.
3. Madda juda moʻrt, yuqori haroratda plastik boʻlib qoladi.
4. Erish nuqtasi 1415˚C.
5. Haroratqaynash nuqtasi - 3250˚S.
6. Materiyaning zichligi - 2,33 g/sm³.
7. Ulanish rangi kumush-kulrang, xarakterli metall nashrida.
8. Yaxshi yarimoʻtkazgich xossalariga ega, maʼlum agentlar qoʻshilishi bilan oʻzgarishi mumkin.
9. Suvda, organik erituvchilarda va kislotalarda erimaydi.
10. Ishqorlarda ayniqsa eriydi.

Kremniyning belgilangan jismoniy xususiyatlari odamlarga uni boshqarish va undan turli mahsulotlar yaratishda foydalanish imkonini beradi. Masalan, elektronikada sof kremniydan foydalanish yarimo'tkazuvchanlik xususiyatlariga asoslanadi.

Kimyoviy xossalari

Kremniyning kimyoviy xossalari reaksiya sharoitlariga juda bogʻliq. Agar biz standart parametrlarda sof modda haqida gapiradigan bo'lsak, unda biz juda past faollikni belgilashimiz kerak. Ham kristall, ham amorf kremniy juda inertdir. Kuchli oksidlovchi moddalar (ftordan tashqari) yoki kuchli qaytaruvchi moddalar bilan ta'sir o'tkazmang.

Bu moddaning yuzasida bir zumda SiO₂ oksid plyonkasi hosil boʻlishi bilan bogʻliq boʻlib, keyingi oʻzaro taʼsirlarning oldini oladi. U suv, havo, bug'lar ta'sirida hosil bo'lishi mumkin.

Agar siz standart shartlarni o'zgartirsangiz va kremniyni 400˚S dan yuqori haroratga qizdirsangiz, uning kimyoviy faolligi sezilarli darajada oshadi. Bunday holda u quyidagilar bilan reaksiyaga kirishadi:

• kislorod;
• barcha turdagi galogenlar;
• vodorod.

Haroratning yanada oshishi bilan mahsulotlar hosil bo'lishi mumkinbor, azot va uglerod bilan o'zaro ta'siri. Karborund - SiC alohida ahamiyatga ega, chunki u yaxshi abraziv materialdir.

Shuningdek, kremniyning kimyoviy xossalari metallar bilan reaksiyalarda yaqqol koʻrinadi. Ularga nisbatan u oksidlovchi vositadir, shuning uchun mahsulotlar silisidlar deb ataladi. Shu kabi birikmalar maʼlum:

• ishqoriy;
• ishqoriy yer;
• oʻtish metallari.

G'ayrioddiy xususiyatlar temir va kremniyni eritish natijasida olingan birikmaga ega. U ferrosilikon keramika deb ataladi va sanoatda muvaffaqiyatli qo'llanilgan.

Kremniy murakkab moddalar bilan o'zaro ta'sir qilmaydi, shuning uchun ularning barcha turlaridan faqat quyidagilarda erishi mumkin:

• qirollik aroq (azot va xlorid kislotalar aralashmasi);
• kaustik ishqorlar.

Bu holda, eritmaning harorati kamida 60˚S bo'lishi kerak. Bularning barchasi moddaning fizik asosini yana bir bor tasdiqlaydi - olmosga o'xshash barqaror kristall panjara, bu unga kuch va inertlik beradi.

Olish usullari

Sof kremniyni olish iqtisodiy jihatdan ancha qimmat jarayon. Bundan tashqari, uning xususiyatlariga ko'ra, har qanday usul faqat 90-99% sof mahsulotni beradi, metallar va uglerod shaklidagi aralashmalar esa bir xil bo'lib qoladi. Shuning uchun faqat moddani olish etarli emas. Shuningdek, u begona elementlardan sifatli tozalanishi kerak.

Umuman olganda, kremniy ishlab chiqarish ikki asosiy usulda amalga oshiriladi:

1. Oq qumdanbu toza kremniy oksidi SiO₂. U faol metallar bilan (ko'pincha magniy bilan) k altsiylanganda amorf modifikatsiya shaklida erkin element hosil bo'ladi. Bu usulning tozaligi yuqori, mahsulot 99,9 foiz hosil bilan olinadi.
2. Sanoat miqyosida keng tarqalgan usul - bu eritilgan qumni koks bilan maxsus termal pechlarda sinterlash. Bu usul rus olimi Beketov N. N.

tomonidan ishlab chiqilgan.

Keyingi ishlov berish mahsulotlarni tozalash usullariga bo'ysunishdan iborat. Buning uchun kislotalar yoki galogenlar (xlor, ftor) ishlatiladi.

Amorf kremniy

Kremniyning har bir allotropik modifikatsiyasini alohida ko'rib chiqmasak, uning xarakteristikasi to'liq bo'lmaydi. Birinchisi amorf. Bu holatda biz ko'rib chiqayotgan modda jigarrang-jigarrang kukun, nozik dispersdir. U yuqori darajadagi gigroskopiklikka ega, qizdirilganda etarlicha yuqori kimyoviy faollikni namoyon qiladi. Standart sharoitda u faqat eng kuchli oksidlovchi - ftor bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin.

Amorf kremniyni turli xil kristalli kremniy deyish mutlaqo to'g'ri emas. Uning panjarasi shuni ko'rsatadiki, bu modda faqat kristallar shaklida mavjud bo'lgan nozik dispers kremniy shaklidir. Shunday ekan, bu modifikatsiyalar bir xil birikmadir.

Ammo ularning xossalari har xil, shuning uchun allotropiya haqida gapirish odatiy holdir. O'z-o'zidan amorf kremniy mavjudyuqori yorug'lik singdirish qobiliyati. Bundan tashqari, muayyan sharoitlarda bu ko'rsatkich kristalli shakldan bir necha baravar yuqori. Shuning uchun u texnik maqsadlarda ishlatiladi. Ko'rib chiqilgan shaklda (chang) aralashma har qanday sirtga, xoh u plastik yoki shishaga osongina qo'llaniladi. Shuning uchun, foydalanish uchun juda qulay bo'lgan amorf kremniy. Ilova turli oʻlchamdagi quyosh panellarini ishlab chiqarishga asoslangan.

Bu turdagi akkumulyatorlarning eskirishi ancha tez boʻlsa-da, bu moddaning yupqa plyonkasining ishqalanishi bilan bogʻliq boʻlsa-da, ammo foydalanish va talab tobora ortib bormoqda. Darhaqiqat, qisqa xizmat muddatida ham amorf kremniyga asoslangan quyosh batareyalari butun korxonalarni energiya bilan ta'minlashga qodir. Bundan tashqari, bunday moddani ishlab chiqarish chiqindisiz, bu esa uni juda tejamkor qiladi.

Ushbu modifikatsiyani natriy yoki magniy kabi faol metallar bilan birikmalarni kamaytirish orqali oling.

Kristal kremniy

Koʻrilayotgan elementning kumushrang kulrang y altiroq modifikatsiyasi. Bu eng keng tarqalgan va eng ko'p talab qilinadigan shakl. Bu ushbu moddaga ega bo'lgan sifat xususiyatlari bilan bog'liq.

Kristal panjarali kremniyning xarakteristikasi uning turlarini tasniflashni o'z ichiga oladi, chunki ularning bir nechtasi bor:

1. Elektron sifat - eng sof va eng yuqori sifat. Aynan shu turdagi elektronikada ayniqsa sezgir qurilmalarni yaratishda foydalaniladi.
2. Quyoshli sifat. Ismning o'zifoydalanish sohasini belgilaydi. Bu, shuningdek, yuqori sifatli va uzoq muddatli quyosh batareyalarini yaratish uchun zarur bo'lgan yuqori toza kremniydir. Kristalli struktura asosida yaratilgan fotovoltaik konvertorlar har xil turdagi substratlarga cho'ktirish yo'li bilan amorf modifikatsiya yordamida yaratilganlarga qaraganda yuqori sifatli va mustahkamroqdir.
3. Texnik kremniy. Bu xilma-xillik sof elementning taxminan 98% ni o'z ichiga olgan moddaning namunalarini o'z ichiga oladi. Qolgan hamma narsa turli xil iflosliklarga kiradi:

• bor;
• alyuminiy;
• xlor;
• uglerod;
• fosfor va boshqalar.

Ko'rib chiqilayotgan moddaning oxirgi turi kremniy polikristallarini olish uchun ishlatiladi. Buning uchun qayta kristallanish jarayonlari amalga oshiriladi. Natijada, tozalik nuqtai nazaridan quyosh va elektron sifat guruhlariga tegishli bo'lgan mahsulotlar olinadi.

Tabiatiga ko'ra, polisilikon amorf va kristalli modifikatsiya o'rtasidagi oraliq mahsulotdir. Bu variant bilan ishlash osonroq, uni qayta ishlash va ftor va xlor bilan tozalash yaxshiroq.

Olingan mahsulotlarni quyidagicha tasniflash mumkin:

• multicilicon;
• monokristalli;
• profilli kristallar;
• kremniy qoldiqlari;
• texnik kremniy;
• material parchalari va parchalari koʻrinishidagi ishlab chiqarish chiqindilari.

Ularning har biri sanoatda qoʻllanilishini topadi va qoʻllaniladibutunlay odam. Shuning uchun kremniy bilan bog'liq ishlab chiqarish jarayonlari chiqindisiz hisoblanadi. Bu sifatga ta'sir qilmasdan uning iqtisodiy narxini sezilarli darajada kamaytiradi.

Sof kremniydan foydalanish

Sanoatda kremniy ishlab chiqarish ancha yaxshi yoʻlga qoʻyilgan va uning koʻlami ancha katta. Buning sababi shundaki, bu element ham sof, ham turli birikmalar holida keng tarqalgan va fan va texnikaning turli sohalarida talabga ega.

Sof kristalli va amorf kremniy qayerda ishlatiladi?

1. Metallurgiyada metallar va ularning qotishmalarining xususiyatlarini o'zgartirishga qodir bo'lgan qotishma qo'shimcha sifatida. Shunday qilib, u po'lat va temir eritishda ishlatiladi.
2. Tozaroq variantni tayyorlash uchun har xil turdagi moddalar ishlatiladi - polisilikon.
3. Kremniyning organik moddalar bilan birikmalari - bu bugungi kunda alohida mashhurlikka erishgan butun kimyo sanoati. Silikon materiallar tibbiyotda, idish-tovoq, asboblar va boshqa ko'p narsalarni ishlab chiqarishda qo'llaniladi.
4. Har xil quyosh panellarini ishlab chiqarish. Energiya olishning bu usuli kelajakda eng istiqbolli hisoblanadi. Ekologik toza, tejamkor va bardoshli - bunday elektr ishlab chiqarishning asosiy afzalliklari.
5. Kremniy juda uzoq vaqtdan beri zajigalkalarda ishlatilgan. Qadim zamonlarda ham odamlar olov yoqishda uchqun hosil qilish uchun chaqmoq toshidan foydalanganlar. Ushbu tamoyil har xil turdagi zajigalkalarni ishlab chiqarish uchun asosdir. Bugungi kunda ularda turlar mavjudchaqmoqtosh ma'lum tarkibli qotishma bilan almashtiriladi, bu esa tezroq natija beradi (uchqun).
6. Elektron va quyosh energiyasi.
7. Gaz lazerli qurilmalarda nometall ishlab chiqarish.

Shunday qilib, sof kremniy juda koʻp foydali va maxsus xususiyatlarga ega boʻlib, undan muhim va kerakli mahsulotlarni yaratishda foydalanish imkonini beradi.

Kremniy birikmalarini qoʻllash

Oddiy moddadan tashqari turli xil kremniy birikmalari ham ishlatiladi va juda keng. Silikat deb ataladigan sanoatning butun bir tarmog'i mavjud. Aynan u bu ajoyib elementni o'z ichiga olgan turli xil moddalardan foydalanishga asoslangan. Bu birikmalar nima va ular nima hosil qiladi?

1. Kvars yoki daryo qumi - SiO₂. U tsement va shisha kabi qurilish va bezak materiallarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Ushbu materiallar qayerda ishlatilishini hamma biladi. Ushbu komponentlarsiz hech qanday qurilish tugallanmagan, bu kremniy birikmalarining muhimligini tasdiqlaydi.
2. Fyans, chinni, g'isht kabi materiallar va ular asosidagi mahsulotlarni o'z ichiga olgan silikat keramika. Ushbu komponentlar tibbiyotda, idish-tovoq, bezak bezaklari, uy-ro'zg'or buyumlari ishlab chiqarishda, qurilishda va inson faoliyatining boshqa maishiy sohalarida qo'llaniladi.
3. Silikon birikmalari - silikonlar, silikagellar, silikon moylari.
4. Silikat elim - ish yuritish buyumlari sifatida, pirotexnika va qurilishda ishlatiladi.

Kremniy, uning narxi jahon bozorida oʻzgarib turadi, lekin uni kesib oʻtmaydiyuqoridan pastgacha, Rossiya Federatsiyasining bir kilogramm uchun 100 rubl belgisi (kristal uchun), izlanadigan va qimmatli moddadir. Tabiiyki, bu elementning birikmalari ham keng tarqalgan va qo'llanilishi mumkin.

Kremniyning biologik roli

Tana uchun ahamiyati nuqtai nazaridan kremniy muhim ahamiyatga ega. Uning tarkibi va toʻqimalarining taqsimlanishi quyidagicha:

• 0, 002% - mushak;
• 0, 000017% - suyak;
• qon - 3,9 mg/l.

Har kuni taxminan bir gramm kremniy ichkariga kirishi kerak, aks holda kasalliklar rivojlana boshlaydi. Ular orasida halokatlilar yo'q, ammo uzoq muddatli kremniy ochligi quyidagilarga olib keladi:

• soch toʻkilishi;
• akne va akne paydo bo'lishi;
• suyaklarning mo'rtligi va mo'rtligi;
• oson kapillyar o'tkazuvchanligi;
• charchoq va bosh og'rig'i;
• koʻp koʻkarishlar va koʻkarishlar paydo boʻlishi.

O'simliklar uchun kremniy normal o'sishi va rivojlanishi uchun zarur bo'lgan muhim iz element hisoblanadi. Hayvonlarda o‘tkazilgan tajribalar shuni ko‘rsatdiki, har kuni yetarli miqdorda kremniy iste’mol qiladigan odamlar eng yaxshi o‘sadi.